專利名稱：用于管理電能存儲器件以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)壽命目的的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及電能存儲器件的管理。更加特別地，本發(fā)明涉及實(shí)現(xiàn)電能存儲器件的目標(biāo)壽命。
背景技術(shù)：
車輛的各種混合動力推進(jìn)系統(tǒng)使用電能存儲器件向電機(jī)提供電能，該電機(jī)通常與內(nèi)燃機(jī)結(jié)合并操作成向車輛提供動力轉(zhuǎn)矩。一種示例性混合動力結(jié)構(gòu)包括雙模式復(fù)合分離的電動機(jī)械傳動裝置，它利用了從原動機(jī)動力源接收動力的輸入構(gòu)件和將動力從傳動裝置傳遞到車輛傳動系統(tǒng)的輸出構(gòu)件。第一和第二電機(jī)，即電動機(jī)/發(fā)電機(jī)可操作地與能量存儲器件連接，用于在它們之間交換電能。提供一控制單元用于調(diào)節(jié)能量存儲器件和電機(jī)之間的電能交換。該控制單元還調(diào)節(jié)第一和第二電機(jī)之間的電能交換。
在汽車動力系統(tǒng)中設(shè)計(jì)考慮的因素之一是能夠提供一致的汽車性能和元件/系統(tǒng)的使用壽命?；旌蟿恿ζ?，更加特別地是其中采用了電池組系統(tǒng)的混合動力汽車給汽車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者提出了新的挑戰(zhàn)和權(quán)衡。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，電能存儲器件如電池組系統(tǒng)的使用壽命隨著電池組的靜止溫度(resting temperature)的降低而延長。然而，較冷的工作溫度限制了電池的充電/放電性能，直到電池組的溫度升高。較暖的電池組更加容易向汽車推進(jìn)系統(tǒng)提供所需的動力，但是持續(xù)的較暖的工作溫度會導(dǎo)致使用壽命縮短。
現(xiàn)代的混合動力汽車系統(tǒng)管理混合動力系統(tǒng)的工作的各個(gè)方面，以獲得改進(jìn)的電池使用壽命。例如，控制電池放電深度，限制安培-小時(shí)(A-h)通過量，以及使用對流風(fēng)扇冷卻電池組。汽車工作的周圍環(huán)境條件在很大程度上被忽略了。然而，周圍環(huán)境條件對電池的使用壽命有很大的影響。特別地，投放到整個(gè)北美的各個(gè)地理區(qū)域的同一型號的混合動力汽車不可能擁有相同的電池組壽命，即使所有汽車在同一循環(huán)下驅(qū)動。如果要導(dǎo)出有用的電池壽命的估計(jì)，就必須考慮汽車的環(huán)境。附加地，顧客預(yù)期、競爭和政府法規(guī)強(qiáng)加了必需滿足的多種性能標(biāo)準(zhǔn)，包括電池組的使用壽命。
電池組使用壽命的終止可以用電池組的歐姆電阻來指示。典型地，電池組的歐姆電阻在車輛和電池組的大部分使用壽命期間是平的。但是，這會妨礙在大部分使用壽命中可靠地估計(jì)電池組的實(shí)時(shí)壽命狀態(tài)(‘SOL’)。相反地，歐姆電阻對指示電池組的使用壽命的初期終止是極其有用的。
期望的是提供一種方法和設(shè)備，用于控制電能存儲系統(tǒng)的操作，該方法和設(shè)備可應(yīng)用于根據(jù)電能存儲器件的目標(biāo)使用壽命來控制操作的汽油/電動混合動力車輛。

發(fā)明內(nèi)容
一種確定優(yōu)選的操作梯度的方法，該操作梯度用于獲得電能存儲器件的壽命目的，該方法包括提供電能存儲器件的當(dāng)前壽命狀態(tài)，并在電能存儲器件的預(yù)定壽命狀態(tài)上將電能存儲器件的壽命目標(biāo)建立為預(yù)定度量中的預(yù)定極限。然后相對預(yù)定度量確定壽命狀態(tài)梯度，該預(yù)定度量使電能存儲器件的壽命狀態(tài)集中到壽命目標(biāo)。
優(yōu)選地，電能存儲器件的預(yù)定壽命狀態(tài)表示電能存儲器件的壽命終止。根據(jù)一個(gè)可替換的方案，該度量包括電能存儲器件經(jīng)過的使用時(shí)間。根據(jù)另一個(gè)可替換的方案，其中電能存儲器件是車載電池，該度量包括車輛行駛的距離。在又一個(gè)可替換的方案中，其中電能存儲器件是車載電池，該方案使壽命目標(biāo)以電能存儲器件經(jīng)過的使用時(shí)間和車輛行駛的距離中的一個(gè)的相應(yīng)預(yù)定極限為基礎(chǔ)。該壽命目標(biāo)優(yōu)選相對該壽命目標(biāo)所基于的電能存儲器件經(jīng)過的使用時(shí)間和車輛行駛的距離中的一個(gè)而被標(biāo)準(zhǔn)化。


本發(fā)明在某些部件和部件的布置方面采用物理形式，并詳細(xì)地在隨附的附圖中描述和示出了這些部件的一個(gè)實(shí)施例，這些附圖構(gòu)成本發(fā)明的一部分，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明用于控制系統(tǒng)和動力系的一個(gè)示例性結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2和3是根據(jù)本發(fā)明的算法框圖；
圖4是根據(jù)本發(fā)明的邏輯流程圖；以及圖5和6包括根據(jù)本發(fā)明的分析圖表。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考附圖，其中所示出的僅僅是為了說明本發(fā)明的目的，而不是為了限制本發(fā)明，圖1示出了控制系統(tǒng)和根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例構(gòu)造的示例性混合動力系統(tǒng)。該示例性混合動力系統(tǒng)包括多個(gè)操作成向傳動裝置提供動力轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生裝置，該傳動裝置向傳動動力系統(tǒng)提供動力轉(zhuǎn)矩。該轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生裝置優(yōu)選包括內(nèi)燃機(jī)14和第一和第二電機(jī)56、72，該第一和第二電機(jī)操作成將從電能存儲器件(ESD)74提供的電能轉(zhuǎn)換成動力轉(zhuǎn)矩。應(yīng)該理解，ESD包括一個(gè)或多個(gè)電池或者可替換的電能存儲裝置。該示例性傳動裝置10包括雙模式復(fù)合分離的電動機(jī)械傳動裝置，其具有四個(gè)固定的齒輪比和兩個(gè)連續(xù)可變的工作模式，其還包括多個(gè)齒輪，該齒輪操作成通過包含在該傳動裝置中的多個(gè)轉(zhuǎn)矩傳遞裝置將動力轉(zhuǎn)矩傳遞到輸出軸64和動力傳動系統(tǒng)。示例性傳動裝置10的機(jī)械性質(zhì)在標(biāo)題為“具有四個(gè)固定比的雙模式復(fù)合分離的混合動力電動機(jī)械傳動裝置”的美國專利No.6,953,409中詳細(xì)公開，在此將該其引入作為參考。
該控制系統(tǒng)包括通過局域通信網(wǎng)絡(luò)交互的分布式控制模塊結(jié)構(gòu)，用于向動力系統(tǒng)提供行動控制(ongoing control)，該動力系統(tǒng)包括發(fā)動機(jī)14，電機(jī)56、72以及傳動裝置10。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例構(gòu)造示例性的動力系統(tǒng)。由于來自存儲于電能存儲器件(ESD)74中的燃料或電勢的能量轉(zhuǎn)換，該混合傳動裝置10從轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生裝置接受輸入轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生裝置包括發(fā)動機(jī)14和電機(jī)56、72。典型地，該ESD74包括一個(gè)或多個(gè)電池。在不改變本發(fā)明的思想的條件下，可以使用能夠存儲電能并分配電能的其它電能存儲器件代替電池。該ESD74優(yōu)選根據(jù)多種因素確定尺寸，該因素包括再生要求、與通常的道路坡度和溫度相關(guān)的應(yīng)用問題、以及諸如排放物的推進(jìn)要求、動力輔助和電灶(electric range)。該ESD74是通過直流電線與傳動功率變換器模塊(TPIM)19高壓直流耦合，該直流電線表示為傳遞導(dǎo)線27。該TPIM19通過傳遞導(dǎo)線29將電能傳遞給第一電機(jī)56，類似地，該TPIM19通過傳遞導(dǎo)線31將電能傳遞給第二電機(jī)72。電流可根據(jù)ESD74是否被充電或放電而在電機(jī)56、72和ESD74之間傳遞。TPIM19包括一對功率變換器和相應(yīng)的電動機(jī)控制模塊，該電動機(jī)控制模塊配置成接收電動機(jī)控制命令并由此控制變換器的狀態(tài)，從而提供電動機(jī)驅(qū)動或再生功能。
電機(jī)56、72優(yōu)選包括已知的電動機(jī)/發(fā)電機(jī)裝置。在電動機(jī)控制中，相應(yīng)的變換器從ESD接收電流，并通過傳遞導(dǎo)線29和31向相應(yīng)的電機(jī)提供交流電流。在再生控制中，相應(yīng)的變換器通過相應(yīng)的傳遞導(dǎo)線從電機(jī)接收交流電流，并向直流電線27提供電流。提供給變換器或者從變換器提供的凈直流電流確定電能存儲器件74的充電或放電工作模式。優(yōu)選地，電動機(jī)A 56和電動機(jī)B 72是三相交流電機(jī)，并且變換器包括輔助性三相電力電子器件。
在圖1中示出的并在下文描述的部件包括整個(gè)汽車控制結(jié)構(gòu)的附屬設(shè)備，這些部件操作成對這里描述的動力系統(tǒng)提供協(xié)調(diào)的系統(tǒng)控制。該控制系統(tǒng)操作成收集和綜合相關(guān)的信息和輸入，然后執(zhí)行算法以控制各個(gè)致動器進(jìn)而獲得控制目標(biāo)，包括一些參數(shù)，例如燃料經(jīng)濟(jì)性、排放物、性能、驅(qū)動性能，以及硬件保護(hù)，該硬件包括ESD74的電池和電動機(jī)56、72?？刂葡到y(tǒng)的分布式控制模塊結(jié)構(gòu)包括發(fā)動機(jī)控制模塊(‘ECM’)23、傳動裝置控制模塊(‘TCM’)17、電池組控制模塊(‘BPCM’)21，以及傳動功率變換器模塊(‘TPIM’)19?；旌蟿恿刂颇K(‘HCP’)5提供上述控制模塊的拱形(overarching)控制和協(xié)調(diào)。一用戶界面(‘UI’)13可操作地與多個(gè)裝置連接，通常汽車駕駛員可通過這些裝置控制或調(diào)整動力系的操作，該動力系包括傳動裝置10。對用戶界面13的示例性汽車駕駛員的輸入包括油門踏板、剎車踏板、變速齒輪選擇器和車輛速度巡航控制。在控制系統(tǒng)內(nèi)，每一上述控制模塊通過局域網(wǎng)(‘LAN’)通信總線6與其他控制模塊、傳感器和致動器通信。該LAN總線6允許各個(gè)控制模塊之間的控制參數(shù)和命令進(jìn)行結(jié)構(gòu)化通信。所采用的特殊通信協(xié)議是應(yīng)用特定的。作為實(shí)例，一個(gè)通信協(xié)議是汽車工程師學(xué)會J1939。LAN總線和合適的協(xié)議在上述的控制模塊和其他模塊之間提供健壯的消息傳送和多控制模塊接口，該其他模塊可提供諸如防鎖剎車、牽引控制和車輛穩(wěn)定性的功能。
HCP5提供混合動力系統(tǒng)的全部控制，用于ECM23、TCM17、TPIM19以及BPCM21的協(xié)調(diào)工作。根據(jù)來自用戶界面13和動力系的各個(gè)輸入信號，HCP5產(chǎn)生各種命令，包括發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩命令，用于混合傳動裝置10的各離合器的離合器轉(zhuǎn)矩命令；以及分別用于電機(jī)A和B的電機(jī)轉(zhuǎn)矩命令。
ECM23可操作地與發(fā)動機(jī)14連接，其功能是從各個(gè)傳感器獲取數(shù)據(jù)，和通過多個(gè)離散的電線控制發(fā)動機(jī)14的各個(gè)相應(yīng)的致動器，該離散電線共同地示出為集合線35。ECM23從HCP5接收發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩命令，并產(chǎn)生軸向轉(zhuǎn)矩請求。為了簡單起見，示出的ECM23通常通過集合線35和發(fā)動機(jī)14雙向?qū)?。由ECM23感測的各個(gè)參數(shù)包括發(fā)動機(jī)冷卻液溫度、傳動裝置的發(fā)動機(jī)輸入速度、歧管壓力、環(huán)境溫度和環(huán)境壓力。利用ECM23進(jìn)行控制的各個(gè)致動器包括燃料噴射器、點(diǎn)火模塊和風(fēng)門控制模塊。
TCM17可操作地與傳動裝置10連接，其功能是從各個(gè)傳感器獲取數(shù)據(jù)，和向傳動裝置的離合器提供命令控制信號，即離合器轉(zhuǎn)矩命令。
BPCM21與和ESD74相聯(lián)的各個(gè)傳感器交互，以便向HCP5導(dǎo)出有關(guān)ESD74的狀態(tài)的信息。該傳感器包括電壓傳感器和電流傳感器，以及可操作成測量ESD74的工作條件的氣溫傳感器，該工作條件例如包括在ESD74的終端兩端測量的溫度和電阻。感測到的參數(shù)包括ESD的電壓VBAT、ESD的電流IBAT以及ESD的溫度TBAT。導(dǎo)出的參數(shù)優(yōu)選包括ESD的內(nèi)電阻RBAT、ESD的電荷狀態(tài)SOC以及ESD的其他狀態(tài)，包括可獲得的電源PBAT_MIN和PBAT_MAX。
傳動功率變換器模塊(TPIM)19包括上述的功率變換器和機(jī)械控制模塊，該機(jī)械控制模塊配置成接收電動機(jī)控制命令并由此控制變換器的狀態(tài)，從而提供電動機(jī)驅(qū)動或再生功能。TPIM19可操作成根據(jù)來自HCP5的輸入給電機(jī)A和B產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩命令，該HCP由通過UI13的駕駛員輸入和系統(tǒng)工作參數(shù)來驅(qū)動。電機(jī)轉(zhuǎn)矩由包括TPIM19的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，以控制電機(jī)A和B。各個(gè)電動機(jī)速度信號由TPIM19從電機(jī)相位信息或傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)動傳感器導(dǎo)出。該TPIM19確定和傳送電機(jī)速度給HCP5。
控制系統(tǒng)的每一上述控制模塊優(yōu)選是通用的數(shù)字計(jì)算機(jī)，其通常包括微處理器或中央處理單元、只讀存儲器(ROM)、隨機(jī)存儲器(RAM)、電可編程序只讀存儲器(EPROM)、高速時(shí)鐘、模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)和數(shù)模轉(zhuǎn)換(D/A)電路，輸入/輸出電路和設(shè)備(I/O)以及合適的信號調(diào)節(jié)和緩沖電路。每一控制模塊具有一組控制算法，包括駐留的程序指令和校準(zhǔn)，其存儲在ROM中并被執(zhí)行以提供每一計(jì)算機(jī)的相應(yīng)功能。各個(gè)計(jì)算機(jī)之間的信息傳遞優(yōu)選使用上述的LAN6實(shí)現(xiàn)。
在每一控制模塊中用于控制和狀態(tài)估計(jì)的算法通常在預(yù)置的循環(huán)中執(zhí)行，使得每一算法在每一循環(huán)中執(zhí)行至少一次。利用預(yù)置的校準(zhǔn)，存儲在非易失性存儲器件中的算法由一個(gè)中央處理單元執(zhí)行，并操作成監(jiān)控來自傳感器的輸入和執(zhí)行控制和診斷例程，從而控制相應(yīng)設(shè)備的操作。典型地以規(guī)則的間隔執(zhí)行循環(huán)，例如在行進(jìn)的發(fā)動機(jī)和汽車工作過程中為每隔3.125、6.25、12.5、25和100毫秒?？商鎿Q地，響應(yīng)于發(fā)生的事件來執(zhí)行算法。
在汽車的活動工作期間即在當(dāng)汽車駕駛員使發(fā)動機(jī)和電機(jī)工作時(shí)，發(fā)生下文描述的動作，典型地是通過一個(gè)‘接通’動作。休止周期包括當(dāng)汽車駕駛員使發(fā)動機(jī)和電機(jī)的工作停止時(shí)的時(shí)間周期，典型地是通過一個(gè)‘切斷’動作。響應(yīng)于通過用戶界面13捕獲的駕駛員的動作，HCP的監(jiān)控控制模塊5和一個(gè)或多個(gè)其它控制模塊可確定所需的傳動輸出轉(zhuǎn)矩T0?；旌蟼鲃友b置10的選擇性操縱的部件是適當(dāng)受控的，并操縱成響應(yīng)于駕駛員的要求。例如，在圖1示出的示例性實(shí)施例中，當(dāng)駕駛員已經(jīng)選擇了前進(jìn)的換檔位置并操縱油門踏板或剎車踏板時(shí)，HCP5確定汽車如何以及何時(shí)加速或減速。HCP5還監(jiān)控轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生裝置的參數(shù)狀態(tài)，并確定實(shí)現(xiàn)加速或減速的期望速度所需的傳動裝置輸出。在HCP5的指導(dǎo)下，傳動裝置10在從低到高的輸出速度范圍上操作以滿足駕駛員的要求。
現(xiàn)在參考圖2，其描述了一種實(shí)時(shí)估計(jì)在混合動力控制系統(tǒng)中使用的電能存儲器件的壽命狀態(tài)(‘SOLK’)的方法和設(shè)備。在代理案號為No.GP-307586、標(biāo)題為“用于電能存儲器件的實(shí)時(shí)壽命估計(jì)的方法和設(shè)備”的美國專利申請案No.__/______中詳細(xì)公開了實(shí)時(shí)估計(jì)混合動力控制系統(tǒng)中電能存儲器件的壽命狀態(tài)(‘SOL’)的示例性的方法和設(shè)備。該估計(jì)壽命狀態(tài)的示例性方法和設(shè)備包括一種算法，即在工作期間監(jiān)控電能存儲器件74的電流、電荷狀態(tài)以及溫度。在ESD工作的靜止周期中進(jìn)一步監(jiān)控電能存儲器件74的溫度。ESD工作的靜止周期的特征在于ESD的功率通量微乎其微，而ESD工作的活動周期的特征在于ESD的功率通量不微乎其微。也就是說，ESD工作的靜止周期通常的特征在于沒有或者有最小的電流流入或流出ESD。關(guān)于與混合動力車輛推進(jìn)系統(tǒng)相聯(lián)的ESD，例如ESD工作的靜止周期可以和車輛的不活動周期(例如，包括電機(jī)的動力系例如在汽車未被驅(qū)動以及附屬負(fù)載斷開的周期期間不工作，該周期可以包括這樣的周期，即其特征是繼續(xù)某種控制器操作所需的寄生電流移動，該操作例如包括與本發(fā)明相關(guān)聯(lián)的操作)相聯(lián)。相反地，ESD操作的活動周期與汽車活動的周期(例如，附屬負(fù)載接通和/或包括電機(jī)的動力系例如在汽車被驅(qū)動時(shí)的周期期間工作，其中電流可以流入或流出ESD)相聯(lián)。根據(jù)在工作的靜止周期和活動周期中ESD的電流、ESD的電荷狀態(tài)以及ESD的溫度來確定電能存儲器件74的壽命狀態(tài)(‘SOL’)。計(jì)算SOL的輸入包括ESD的內(nèi)電阻RBAT、ESD的溫度TBAT、ESD的電荷狀態(tài)SOC以及ESD的電流IBAT。這些都是在分布式控制系統(tǒng)內(nèi)測量到的或者導(dǎo)出的已知工作參數(shù)。通過這些參數(shù)，可以確定A-h積分因數(shù)110、放電深度(‘DOD’)因數(shù)112、驅(qū)動溫度因素TDRIVE114以及靜止溫度因數(shù)TREST116，并作為確定SOL的參數(shù)的輸入提供。用于計(jì)算SOL的工作參數(shù)包括實(shí)時(shí)監(jiān)控的、以安培為單位測量的并作為時(shí)間的函數(shù)積分的ESD的電流IBAT；在每一活動的充電和放電事件期間流過ESD74的電流的大?。籈SD的電荷狀態(tài)(‘SOC’)，包括放電深度(‘DOD’)；和在工作的活動周期中的ESD溫度因數(shù)，其表示為TDRIVE，以及在工作的不活動周期中的ESD溫度因數(shù)，其表示為TREST。
再次參考圖2，該顯示的示意圖示出了一種示例性的方法，該方法用于根據(jù)監(jiān)控到的輸入來實(shí)時(shí)地估計(jì)ESD74的壽命狀態(tài)。該方法優(yōu)選作為控制系統(tǒng)的一個(gè)控制模塊典型為HCP5中的一個(gè)或多個(gè)算法來執(zhí)行。該ESD74的估計(jì)的壽命狀態(tài)(‘SOLK’)優(yōu)選作為純量值存儲在非易失性存儲器的位置中，用于參考、更新和重置，上述每一操作在車輛和ESD74的壽命中的合適點(diǎn)被執(zhí)行?？傊?，確定SOL的參數(shù)值包括實(shí)時(shí)地監(jiān)控ESD的電流IBAT(安培)、ESD的溫度TBAT、ESD的電壓VBAT、ESD的內(nèi)電阻RBAT以及ESD的電荷狀態(tài)(‘SOC’)。優(yōu)選地，可通過求和運(yùn)算使每一上述因數(shù)即積分的ESD電流、放電深度、驅(qū)動溫度因數(shù)以及靜止溫度因數(shù)與前面確定的壽命狀態(tài)因數(shù)SOLK結(jié)合，從而確定SOL的參數(shù)值即SOLK+1，其示出為方框120的輸出。優(yōu)選地，在每一次行程(trip)中多次執(zhí)行確定壽命狀態(tài)因數(shù)SOLK的算法。當(dāng)使發(fā)動機(jī)/車輛最初啟動或開動時(shí)，存在一個(gè)初始壽命狀態(tài)因數(shù)SOLK，該因數(shù)用于計(jì)算隨后的SOL的值，其示出為SOLSAVED128。在每一次行程中僅使用該SOLSAVED因數(shù)128一次，然后在該行程期間在以后的計(jì)算中用SOLK+1因數(shù)替代，該SOK+1因數(shù)從方框120、122和124輸出，并示出為方框130。類似地，在發(fā)動機(jī)/車輛被初始啟動或開動之后在第一次執(zhí)行計(jì)算SOL的算法期間僅使用從方框116輸出的靜止溫度因數(shù)，正如用INIT方框126所表示的。在隨后執(zhí)行計(jì)算SOL的算法時(shí)，從SOL的計(jì)算中省略靜止溫度因數(shù)。
現(xiàn)在參考圖3，它描述了一種方法和設(shè)備，用于實(shí)時(shí)地預(yù)測或估計(jì)多個(gè)在混合動力控制系統(tǒng)中使用的電能存儲器件的壽命狀態(tài)參數(shù)的未來或潛在的壽命梯度。在代理案號為No.GP-307587、標(biāo)題為“用于預(yù)測電能存儲器件的工作狀態(tài)的方法和設(shè)備”的美國專利申請案No.__/______中詳細(xì)公開了一種示例性的方法和設(shè)備，其用于實(shí)時(shí)地估計(jì)多個(gè)在混合動力控制系統(tǒng)中使用的電能存儲器件的壽命狀態(tài)(‘SOL’)的將來的壽命梯度。在該專利中描述了一種方法和設(shè)備，用于計(jì)算對混合動力車輛的電能存儲器件的壽命狀態(tài)的先驗(yàn)影響范圍。該方法包括確定電能存儲器件的工作狀態(tài)的潛在變化。其包括在從最大充電電流到最大放電電流的閉聯(lián)集中為工作參數(shù)如電流選擇潛在數(shù)值的陣列，由此確定或預(yù)測對工作狀態(tài)值的對應(yīng)影響或變化的陣列，例如對壽命狀態(tài)的影響。根據(jù)和對應(yīng)于電能存儲器件的工作參數(shù)的數(shù)值陣列中的一個(gè)數(shù)值來確定工作狀態(tài)中的每一預(yù)測變化。該壽命狀態(tài)的預(yù)測變化基于以下各項(xiàng)基于時(shí)間的電流積分、能量存儲器件的放電深度、以及電能存儲器件的工作溫度，上述各項(xiàng)是對電流的每一潛在數(shù)值的陣列確定的。
現(xiàn)在參考圖4，描述一種用于混合動力操作的控制算法，其目標(biāo)是電能存儲器件74的壽命目的。優(yōu)選地該算法在混合動力車輛的上述控制系統(tǒng)中優(yōu)選在多個(gè)循環(huán)之一中執(zhí)行，以根據(jù)混合動力車輛和ESD74的早先使用來對動力系的工作進(jìn)行實(shí)時(shí)地控制和調(diào)節(jié)。算法的主控制目的包括在充電和放電過程中控制發(fā)電機(jī)56、72的工作，包括動力轉(zhuǎn)矩輸出，從而管理ESD74的壽命。
在示例性的系統(tǒng)中，ESD的功率PBAT作為影響電能存儲系統(tǒng)74的使用壽命的參數(shù)，并可由混合動力控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。ESD的功率PBAT＝IBAT^2/RBAT。建立ESD的功率PBAT的參數(shù)值和ESD的目標(biāo)壽命目的之間的關(guān)系。這樣可以產(chǎn)生控制算法，其操作成行進(jìn)地(ongoingly)和規(guī)律地控制在ESD74和發(fā)電機(jī)56、72之間交換的電能，使得當(dāng)達(dá)到ESD的目標(biāo)壽命目的時(shí)，ESD的工作狀態(tài)如壽命狀態(tài)(SOL)小于預(yù)定值。該控制算法優(yōu)選地在前面描述的預(yù)置循環(huán)的一個(gè)循環(huán)中由控制系統(tǒng)執(zhí)行。下文將詳細(xì)地描述該算法。
再次參考圖4，在整個(gè)工作中，該算法使用以下參數(shù)作為輸入?yún)?shù)，包括ESD的壽命狀態(tài)(SOL)的標(biāo)準(zhǔn)化值、隨ESD的功率變化的基于時(shí)間的壽命狀態(tài)的梯度、在使用中累積的經(jīng)過時(shí)間以及累積的距離。根據(jù)累積的時(shí)間和累積的距離來計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化的壽命因數(shù)(方框200)。使用從方框200輸出的標(biāo)準(zhǔn)化壽命因數(shù)以及使用壽命狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)化值來計(jì)算所需的、期望的或者目標(biāo)壽命梯度(方框210)。沿時(shí)間軸標(biāo)準(zhǔn)化隨ESD的功率變化的基于時(shí)間的壽命狀態(tài)的梯度(方框220)。將從方框210輸出的所需壽命梯度以及從方框220輸出的隨ESD的功率變化的標(biāo)準(zhǔn)化的壽命狀態(tài)的梯度轉(zhuǎn)換到z域，其包括范圍從0.0到1.0的標(biāo)準(zhǔn)化域，將上述兩種梯度輸入到成本函數(shù)(方框230)，該成本函數(shù)產(chǎn)生與ESD的功率PBAT相關(guān)聯(lián)的成本輸出。
優(yōu)選的工作狀態(tài)即在上文中描述的壽命狀態(tài)(SOL)參數(shù)按以下方式標(biāo)準(zhǔn)化對于新的未使用的ESD，例如在使用壽命的起始，SOL＝0；以及對于完全耗盡的ESD，例如在使用壽命的終止(‘EOL’)，SOL＝1。
從方框200(在z域中)輸出的標(biāo)準(zhǔn)化壽命因數(shù)按如下方式確定。能量存儲系統(tǒng)具有在時(shí)間和/或距離方面限定的目標(biāo)壽命目的。例如，混合動力車輛可能規(guī)定目標(biāo)壽命目的的時(shí)間為8年以及規(guī)定目標(biāo)壽命目的的距離為160,000公里(100,000英里)。在該實(shí)例中，在使用中保持工作8年或160,000公里(100,000英里)的示例性ESD已經(jīng)滿足目標(biāo)壽命目的。
累積的時(shí)間也稱為總ESD時(shí)間，其定義為能量存儲系統(tǒng)被使用的總累積時(shí)間，包括車輛活動和不活動的所有周期以及ESD工作的所有活動和休止周期。在該實(shí)例中，ECM優(yōu)選包括能夠測量和記錄經(jīng)過的工作時(shí)間的計(jì)時(shí)設(shè)備，包括當(dāng)車輛點(diǎn)火關(guān)閉和系統(tǒng)斷電的時(shí)間。在用新的ESD代替特定ESD的情況下，將累積的時(shí)間值重置為零。在用部分消耗或者使用的ESD代替特定ESD的情況下，將累積的時(shí)間值重置為估計(jì)的總累積時(shí)間，該總累積時(shí)間是部分消耗的ESD之前已經(jīng)使用的時(shí)間。利用相同的時(shí)間單位將標(biāo)準(zhǔn)化的時(shí)間壽命參數(shù)定義為 對于所描述的示例性系統(tǒng)來說，ESD的目標(biāo)壽命目的的時(shí)間為8年。
累積的距離也稱為總ESD距離，其定義為與ESD工作的總累積距離，該距離可在分布式控制結(jié)構(gòu)的ECM或其它控制器中測量。在用一個(gè)新的系統(tǒng)替換特定ESD的情況下，將累積的距離重置為零。在用部分消耗或者使用的ESD代替特定ESD的情況下，將累積的距離重置為估計(jì)的總累積距離，該總累積距離是消耗或使用的ESD先前經(jīng)過的距離。利用相同的距離單位將標(biāo)準(zhǔn)化的距離壽命參數(shù)定義為 對于所描述的示例性系統(tǒng)來說，ESD的目標(biāo)壽命目的的距離為160,000公里(100,000英里)。
(在z域中)確定從方框200輸出的標(biāo)準(zhǔn)化的壽命因數(shù)包括捕獲累積時(shí)間即總ESD時(shí)間的參數(shù)值，以及捕獲累積距離即總ESD距離的參數(shù)值，然后將它們按這里在上文中描述的那樣標(biāo)準(zhǔn)化，其中在ESD的壽命周期的起始處z＝0，即當(dāng)用于累積時(shí)間的計(jì)時(shí)器和用于累積距離的距離監(jiān)視器都開始計(jì)數(shù)時(shí)；以及在ESD的目標(biāo)壽命目的或目標(biāo)壽命終止(‘EOL’)處z＝1。
計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化的壽命參數(shù)的優(yōu)選方法包括選擇標(biāo)準(zhǔn)化的時(shí)間壽命參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化的距離壽命參數(shù)之間的最大值，該最大值示出如下標(biāo)準(zhǔn)化的壽命參數(shù)＝MAXIMUM(標(biāo)準(zhǔn)化的時(shí)間壽命參數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)化的距離壽命參數(shù))。
在示例性的實(shí)施例中，其中ESD的時(shí)間壽命目標(biāo)是8年，ESD的距離壽命目標(biāo)是160,000公里(100,000英里)，假定每一年使用的線性預(yù)算大體上為2,000公里(12,500英里)。標(biāo)準(zhǔn)化的壽命參數(shù)可以簡單地按如下方式定義，在表1中
表1

盡管該發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例涉及在說明目標(biāo)壽命終止(‘EOL’)的定義中使用了時(shí)間和/或距離，但是也可以使用其它參數(shù)。
在z域中將時(shí)域參數(shù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)化的壽命參數(shù)。為了便于比較，期望的是能夠?qū)⒉煌笮〉倪\(yùn)行時(shí)間(以dt的方式)轉(zhuǎn)換成不同大小的標(biāo)準(zhǔn)化壽命參數(shù)(以dz的方式)。
將車輛被操作的時(shí)間百分比即總車輛運(yùn)行時(shí)間與車輛的總使用時(shí)間即總車輛時(shí)間相比較，從而估計(jì)車輛運(yùn)行時(shí)間相對總車輛時(shí)間的百分比?？傑囕v時(shí)間在理想上具有和總ESD時(shí)間相同的值。該總車輛運(yùn)行時(shí)間百分比按以下方式定義

在示例性的實(shí)施例中，假定車輛操作或運(yùn)行的時(shí)間占總時(shí)間的5％(總車輛運(yùn)行時(shí)間的百分比＝5％)，參考表2示出下面的分析，表2

再次參考表2，提供多個(gè)實(shí)例以說明系統(tǒng)的操作。示出了兩種車輛的示例性數(shù)值，其中總ESD時(shí)間和總ESD距離是已知的。根據(jù)示例性的車輛是否可能達(dá)到時(shí)間或距離的目標(biāo)壽命目的來確定ESD時(shí)間和距離中的一個(gè)成為主導(dǎo)因素，該時(shí)間或距離的目標(biāo)壽命目的可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的壽命參數(shù)確定。當(dāng)主導(dǎo)因素是時(shí)間時(shí)，到E0L的總ESD時(shí)間等于目標(biāo)總ESD時(shí)間。當(dāng)主導(dǎo)因素是距離是，根據(jù)距離確定到EOL的總ESD等值的時(shí)間，其小于ESD的目標(biāo)時(shí)間壽命目的。
當(dāng)安裝新的ESD時(shí)，設(shè)定z＝0，到EOL的總ESD運(yùn)行時(shí)間為到EOL的總ESD運(yùn)行時(shí)間＝總車輛運(yùn)行時(shí)間％×ESD的時(shí)間壽命目標(biāo)在已經(jīng)使用了ESD(z＞0)之后，到壽命終止(‘EOL’)的總ESD運(yùn)行時(shí)間為 到EOL的總ESD運(yùn)行時(shí)間可有效地將運(yùn)行時(shí)間的微分變化(dt)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)化的壽命參數(shù)的微分變化(dz)，即 上文描述了與電流和ESD的功率(PBAT)成函數(shù)關(guān)系而估計(jì)的壽命狀態(tài)的梯度(dSOL/dt)，其包括估計(jì)與預(yù)先選擇的電流電平陣列的ESD功率成函數(shù)關(guān)系的ESD壽命狀態(tài)的時(shí)間梯度。
再次參考圖4，相對直接地將時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)化并把時(shí)間梯度變換成標(biāo)準(zhǔn)化的梯度(表示為dSOL/dz)。作為實(shí)例，當(dāng)目標(biāo)ESD的壽命目的以到EOL的總ESD運(yùn)行時(shí)間(秒)的方式定義為運(yùn)行時(shí)間時(shí)，該標(biāo)準(zhǔn)化的壽命狀態(tài)梯度按如下方式定義 注意，以這樣一種方式定義標(biāo)準(zhǔn)化梯度，使得如果能量存儲系統(tǒng)均分為一(1)的或更小的標(biāo)準(zhǔn)化梯度時(shí)，則滿足壽命目的。類似地，如果標(biāo)準(zhǔn)化梯度均分超過一，則不滿足壽命目的。
這樣就提供了一種耦合目標(biāo)對象和鍵控可變梯度的方式?？刂葡到y(tǒng)必須設(shè)計(jì)成以這樣一種方式控制ESD的功率，使得在能量存儲系統(tǒng)壽命目標(biāo)的終止(z＝1)時(shí)，SOL小于1。也就是說，在能量存儲系統(tǒng)的壽命(從z＝0到z＝1)中，對于要滿足的壽命目的來說，平均的且被標(biāo)準(zhǔn)化的dSOL/dz的積分必須小于或等于1。更加特別地，如等式1所示出的，該等式作為控制系統(tǒng)中的一個(gè)算法被執(zhí)行PBAT使得SOL(1)=∫01dSOLdz(PBAT)dz≤1]]>現(xiàn)在參考圖5，該數(shù)據(jù)圖示出了示例性系統(tǒng)的性能，同時(shí)ESD利用了這里描述的系統(tǒng)進(jìn)行操作，其中x軸包括被轉(zhuǎn)換到z域的時(shí)間或距離的標(biāo)準(zhǔn)化壽命因數(shù)，并且y軸包括壽命狀態(tài)(SOL)。線90包括典型的系統(tǒng)，其中ESD的壽命狀態(tài)的變化隨著在z域中標(biāo)準(zhǔn)化壽命因數(shù)的變化而線性增加，從而正好滿足壽命終止的基準(zhǔn)。線96示出了實(shí)際的系統(tǒng)，其具有示例性的點(diǎn)A和B。點(diǎn)A表示一種系統(tǒng)，其中環(huán)境條件或系統(tǒng)的操作會導(dǎo)致ESD的侵略性使用，以及導(dǎo)致ESD的提前老化或較大的ESD的SOL，使得ESD可能在目標(biāo)使用壽命之前就被耗盡。第一直線92包括點(diǎn)A的標(biāo)準(zhǔn)化目標(biāo)梯度線，其是從點(diǎn)A到器件的壽命終止而被計(jì)算的，該壽命終止包括滿足標(biāo)準(zhǔn)化壽命因數(shù)的SOL。在系統(tǒng)已經(jīng)到達(dá)如點(diǎn)A所示的工作條件的情況下，控制系統(tǒng)根據(jù)ESD的電流電平IBAT的陣列來估計(jì)將來SOL的參數(shù)值的陣列。利用在上面的等式1中建立的算法，該系統(tǒng)操作成匹配PBAT的參數(shù)值和IBAT的對應(yīng)值，該對應(yīng)值達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)化梯度。這樣就很可能在車輛工作期間導(dǎo)致ESD的較少的侵略性使用。
點(diǎn)B表示一種系統(tǒng)，其中環(huán)境條件或系統(tǒng)的操作導(dǎo)致ESD的較少的侵略性使用，進(jìn)而使ESD延遲老化或者導(dǎo)致較小的ESD的SOL，使得能夠在達(dá)到目標(biāo)使用壽命時(shí)沒有耗盡ESD。第二直線94包括點(diǎn)B的標(biāo)準(zhǔn)化目標(biāo)梯度線，其是從點(diǎn)B到器件的壽命終止而被計(jì)算的，該壽命終止包括滿足標(biāo)準(zhǔn)化壽命因數(shù)的SOL。在系統(tǒng)已經(jīng)到達(dá)如點(diǎn)B所示的工作條件的情況下，控制系統(tǒng)根據(jù)ESD的電流電平IBAT的陣列來估計(jì)將來的SOL參數(shù)值的陣列。利用在上面的等式1中建立的算法，該系統(tǒng)操作成匹配PBAT的參數(shù)值和IBAT的對應(yīng)值，該對應(yīng)值達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)化梯度。這樣就可能在車輛工作期間ESD導(dǎo)致的更多的侵略性使用現(xiàn)在參考圖6A、6B和6C，它們提供了系統(tǒng)工作的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。圖6A示出了在一定范圍上與ESD的功率PBAT成函數(shù)關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)化SOL梯度，所述范圍是從對ESD充電到放電的閉聯(lián)集，其具有如圖5所示的示例性目標(biāo)梯度點(diǎn)A和B。圖6C示出了表示和標(biāo)準(zhǔn)化SOL梯度成函數(shù)關(guān)系的運(yùn)行成本線，其中在目標(biāo)梯度值處的目標(biāo)線對應(yīng)于在圖5中示出的線90。運(yùn)行成本通常包括與燃料相關(guān)的成本和與車輛動力系統(tǒng)的特定工作點(diǎn)相關(guān)的電能消耗。該圖示出了存在一個(gè)小于目標(biāo)的與標(biāo)準(zhǔn)化SOL梯度相關(guān)的運(yùn)行成本，即在圖5的線90水平的下方。相反地，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)化SOL梯度增大超過目標(biāo)線時(shí)，運(yùn)行成本增大?？梢岳脠D6A和6C的信息構(gòu)造圖6B，其中運(yùn)行成本與ESD的功率PBAT成函數(shù)關(guān)系，同時(shí)各個(gè)線表示與操作在圖示的點(diǎn)A和B啟動的系統(tǒng)相關(guān)的成本，以及與在圖6A中示出的類似工作點(diǎn)相關(guān)的成本?？梢匀菀椎厥境鲈诓煌某跏紗狱c(diǎn)處與同一ESD的功率PBAT相關(guān)的成本微分。換句話說，用目標(biāo)梯度上方，即圖5的線90上方的SOL來操作通常成本更高，其不如用處于或者低于目標(biāo)梯度的SOL來操作。這樣，控制系統(tǒng)能夠執(zhí)行一算法，該算法操作成控制從電能存儲器件傳輸?shù)膭恿Γ沟秒娔艽鎯ζ骷ǔ？勺粉櫤图械侥繕?biāo)梯度上，優(yōu)選地避免SOL超過目標(biāo)梯度，并且當(dāng)達(dá)到目標(biāo)壽命目的即時(shí)間或距離時(shí)還沒有到達(dá)壽命終止。
已經(jīng)具體參考了優(yōu)選的實(shí)施例和其變型描述了本發(fā)明。在閱讀和理解了說明書時(shí)可以其作進(jìn)一步的修改和替換。期望的是包括所有這樣的修改和替換，只要它們屬于本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種確定優(yōu)選的操作梯度的方法，該操作梯度用于獲得電能存儲器件的壽命目的，該方法包括提供電能存儲器件的當(dāng)前壽命狀態(tài)；在電能存儲器件的預(yù)定壽命狀態(tài)上將電能存儲器件的壽命目標(biāo)建立為預(yù)定度量中的預(yù)定極限；以及相對預(yù)定度量確定壽命狀態(tài)梯度，該預(yù)定度量使電能存儲器件的壽命狀態(tài)集中到壽命目標(biāo)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中電能存儲器件的預(yù)定壽命狀態(tài)表示電能存儲器件的壽命終止。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該度量包括電能存儲器件經(jīng)過的使用時(shí)間。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中電能存儲器件是車載電池，并且該度量包括車輛行駛的距離。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中電能存儲器件是車載電池，并且該壽命目標(biāo)以電能存儲器件經(jīng)過的使用時(shí)間和車輛行駛的距離中的一個(gè)的相應(yīng)預(yù)定極限為基礎(chǔ)。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中該壽命目標(biāo)相對該壽命目標(biāo)所基于的電能存儲器件經(jīng)過的使用時(shí)間和車輛行駛的距離中的一個(gè)而被標(biāo)準(zhǔn)化。
7.一種管理電能存儲器件的壽命狀態(tài)的方法，包括根據(jù)電能存儲器件的當(dāng)前壽命狀態(tài)以及預(yù)定度量中的至少一個(gè)預(yù)定極限來提供壽命狀態(tài)梯度；以及控制電能存儲器件的電流，使得電能存儲器件的壽命狀態(tài)大體上追蹤壽命狀態(tài)的梯度。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中控制電能存儲器件的電流，使得電能存儲器件的壽命狀態(tài)大體上追蹤壽命狀態(tài)的梯度包括根據(jù)多個(gè)電能存儲器件的潛在電流來提供多個(gè)對電能存儲器件的壽命狀態(tài)的預(yù)測影響；以及根據(jù)該預(yù)測影響和壽命狀態(tài)的梯度來控制電能存儲器件的電流。
9.一種管理電能存儲器件的工作狀態(tài)的方法，包括控制通過電能存儲器件傳輸?shù)墓β?，使得?dāng)達(dá)到目標(biāo)壽命目的時(shí)電能存儲器件的工作狀態(tài)小于預(yù)定值。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中電能存儲器件的工作狀態(tài)包括電能存儲器件的壽命狀態(tài)。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中電能存儲器件適于在混合動力車輛動力系中使用，以及控制從電能存儲器件傳輸?shù)墓β?，使得?dāng)達(dá)到目標(biāo)壽命目的時(shí)該壽命狀態(tài)小于預(yù)定的值進(jìn)一步包括根據(jù)動力系操作的累積時(shí)間和累積距離來計(jì)算壽命因數(shù)；根據(jù)該壽命因數(shù)、壽命狀態(tài)和目標(biāo)壽命目的來確定目標(biāo)壽命狀態(tài)的梯度；以及根據(jù)該目標(biāo)壽命狀態(tài)的梯度來控制電能存儲器件和動力系之間的電功率。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中根據(jù)目標(biāo)壽命狀態(tài)的梯度來控制電能存儲器件和動力系之間的電功率進(jìn)一步包括根據(jù)通過電能存儲器件的潛在電流的陣列來確定電能存儲器件的壽命狀態(tài)中的潛在變化；以及根據(jù)壽命狀態(tài)的梯度來選擇潛在電流的陣列中的一個(gè)。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中根據(jù)通過電能存儲器件的潛在電流的陣列來確定電能存儲器件的壽命狀態(tài)中的潛在變化進(jìn)一步包括選擇通過電能存儲器件的潛在電流的陣列；以及根據(jù)通過電能存儲器件的潛在電流的陣列，確定所確定的電能存儲器件的壽命狀態(tài)中變化的對應(yīng)陣列；其中電能存儲器件的壽命狀態(tài)中的變化是根據(jù)以下因素確定的通過電能存儲器件的電流隨時(shí)間的積分、電能存儲器件的放電深度、以及電能存儲器件的工作溫度。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中控制通過電能存儲器件傳輸?shù)墓β拾刂齐娔艽鎯ζ骷蛣恿ο抵g的電流。
15.如權(quán)利要求9所述的方法，其中控制通過電能存儲器件傳輸?shù)墓β适沟秒娔艽鎯ζ骷墓ぷ鳡顟B(tài)小于預(yù)定值進(jìn)一步包括確定電能存儲器件的工作狀態(tài)，其包括監(jiān)控通過電能存儲器件的電流；監(jiān)控在工作的活動周期和休止周期中電能存儲器件的溫度；以及根據(jù)在工作中和在工作的休止周期中電能存儲器件的電流、電能存儲器件的壽命狀態(tài)以及電能存儲器件的溫度，來確定電能存儲器件的壽命狀態(tài)。
全文摘要
公開了一種確定優(yōu)選的操作梯度的方法，該操作梯度用于獲得電能存儲器件的壽命目的。提供電能存儲器件的當(dāng)前壽命狀態(tài)，在電能存儲器件的預(yù)定壽命狀態(tài)上將電能存儲器件的壽命目標(biāo)建立為預(yù)定度量中的預(yù)定極限。然后相對預(yù)定度量確定壽命狀態(tài)梯度，該預(yù)定度量使電能存儲器件的壽命狀態(tài)集中到壽命目標(biāo)。
文檔編號G01R31/36GK101086519SQ200710108259
公開日2007年12月12日 申請日期2007年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月7日
發(fā)明者A·H·希普, A·M·策特爾, W·R·考索恩 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司